伍德沃德:“合成是一门艺术”

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  罗伯特·伯恩斯·伍德沃德是20世纪在有机合成化学实验和理论上取得划时代成果的有机化学家,许多人因为他极其精巧的技术和举世闻名的成就称他为“现代有机合成之父”。他26岁时就在试管内合成了奎宁,之后他在哈佛的实验室内先后陆续合成了叶绿素、马钱子碱、胆甾醇、麦角酸、利血平等至少24种极难合成的有机化合物。伍德沃德有一句名言是这样说的:“合成,是一门艺术。”究竟是怎样一个人会把复杂严肃却又枯燥的实验当成一门艺术呢?让我们一起来认识一下这位“合成”大师。
  伍德沃德1917年生于美国马萨诸塞州的波士顿。他从小就醉心于化学,小学、初中时就已经开始自学化学。在他上高中前,就已经把路德威·哥特曼(Ludwig Gattermann)编写的一本学校普遍使用的有机化学实验教材里的大部分实验,都想办法做了一遍。
  20世纪早期,德国在全球的科学技术成就颇高,掌握着很多世界前沿的科学技术。年仅11岁的伍德沃德深知德国强大的科学研究实力,就找到了驻波士顿的德国领事馆总领事,并通过他取得一些发表在德国期刊上的论文。
  1933年,素有“神童”之称的伍德沃德以优异的成绩考入美国著名大学麻省理工学院,当时在班里年纪最小的他从入学就被寄予厚望,但他却在次年因忽视其他课程的学习导致成绩不好而被校方开除。戏剧性的是,麻省理工于1935年再次录取了伍德沃德,这次学校为了培养他,专门为他单独安排了许多课程。伍德沃德不负众望,于1936年成功获得麻省理工学院理学学士学位。
  伍德沃德获学士学位后,只用了一年的时间便直接攻取博士学位。获博士学位以后,伍德沃德在哈佛大学执教,1950年被聘为教授。他的教学风格以严谨著称,并在教学中十分重视化学演示实验,以重点训练学生的实验技巧。经过他培养的学生,许多人后来都成为了化学界的知名人士,这其中就包括获得1981年诺贝尔化学奖的美国化学家霍夫曼(R. Hoffmann)。
  20世纪初,有机化学还是一门实验学科,没人认为复杂的分子还可以被人工合成出来。伍德沃德通过合成奎宁毒素给大家展示了这样一个事实:有机合成可以成为一门理论学科,利用反应和结构的知识可以帮助实现复杂的有机合成。
  奎宁的人工合成是伍德沃德一生所完成的无数极其复杂而精妙的合成里的首例,但这也仅仅是一个开端。从1940年开始,伍德沃德合成了许多复杂的天然产物分子,包括奎宁、胆固醇、可的松、马钱子碱、麦角酸、利血平、叶绿素和头孢氨素等。通过这些分子的合成,伍德沃德开创了有机合成的一个新纪元,并被人们称为“伍德沃德时代”。他向世人展示了只要仔细地运用物理有机化学的原理,再加上精细的策划,天然产物可以通过人工的方法合成出来。
  伍德沃德在他的研究中大量应用当时新兴的红外、紫外和核磁共振技术,并注重合成中的立体化学问题。许多药物分子往往是某种特定结构的异构体才能充当药物,这就需要解决合成中的立体专一性问题,进而才能合成具有特定立体化学的分子。虽然今天随便什么像样儿的合成都要涉及到立体化学问题,但在当时伍德沃德的工作却是开天辟地的。他的工作告诉人们通过透彻和理性的规划,立体专一的合成是可以实现的。
  伍德沃德的合成工作大多采用的是通过引入刚性结构因素于分子中,迫使分子形成某个特定结构,这种思路现在已经变成一种研究的标准方法。伍德沃德在这方面所做的工作,尤其是以他完成的利血平和马钱子碱的合成作为代表,在有机合成发展史上是里程碑式的贡献。
  可以说伍德沃德是把有机合成当做一门艺术来做的。而他对世界科学界的贡献是有目共睹的,于是他在1965年摘得了诺贝尔化学奖的桂冠,这个奖既是对他有机合成工作的肯定,也是对他后来工作的激励。在他的获奖发言中,伍德沃德描述了抗生素头孢子氨素的合成,并声称已经设计出了这个分子切实可行的合成方法,颁奖后很快就可以做出来,而事实也确实如此。
  伍德沃德对化学教育尽心竭力,他一生共培养研究生、进修生500多人,他的学生已遍布世界各地。伍德沃德在总结他的工作时说:“之所以能取得一些成绩,是因为有幸和世界上众多能干又热心的化学家合作。”
  1979年6月8日,伍德沃德积劳成疾,与世长辞,终年62岁。他在辞世前还在他的学生和助手面前,念念不忘许多需要进一步研究的复杂有机物的合成工作。也许对于他来说,有机合成已经不仅仅是一份工作,更是他生命的一部分。
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